追踪淡水水库中微塑料污染的季节变化：来自地表水、沉积物和鱼类的证据

《Journal of Environmental Sciences》：Tracking microplastic contamination across seasons in a freshwater reservoir: Evidence from surface water, sediments, and fishes

微塑料季节分布及生态健康风险研究：以印度贾尔汉德邦Getalsud水库为例，分析表面水、沉积物和鱼类中微塑料的时空变化规律，揭示暴雨期表面水微塑料浓度峰值（1.15个/L），沉积物前雨季最高（596个/kg），鱼类肠道累积量26-100个/kg。主导类型为碎片（39.7%）和纤维（31.2%），高分子识别显示PE、PP、PVC占主导。污染负荷指数（PLI）>1证实污染，生态风险指数（PHI）达中至高风险，提示需建立季节性监测体系及协同治理策略。

　　

阿努什丽·帕尔 | 苏卡利亚南·查克拉博蒂

印度贾坎德邦兰契梅斯拉比拉理工学院土木与环境工程系，邮编835215

摘要

微塑料（MPs）是水生环境中普遍存在的污染物，对生态和人类健康构成重大威胁。这些颗粒会随着时间在水体的不同层中迁移，并影响其中的生物群落。为了深入了解这些颗粒，本研究调查了印度东部一个饮用水供应水库中样品（包括地表水、沉积物和鱼类）的微塑料的季节性分布、形态和化学特性，以及潜在的生态和健康影响。在三个不同的季节（季风前、季风期间和季风后）中，使用优化方法收集了样品。研究结果表明：地表水中的微塑料含量在季风期间达到峰值（平均浓度：1.15 MP/L），而沉积物中的微塑料浓度在季风前最高（平均浓度：596 MP/kg），这表明其积累动态受到径流、水动力学和沉积过程的影响。鱼类肠道分析证实了五种鱼类都摄入了微塑料，其浓度范围为26至100 MP/kg，具体取决于它们的摄食习惯。最常见的微塑料类型是碎片，其次是纤维、薄膜和珠状颗粒。通过微傅里叶变换红外光谱（μFTIR）分析，发现聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯是主要成分，危险性评估（PHI）显示其具有中等到非常高的生态风险。从沉积物中分离出的微塑料中，重金属的检出率高于从水中分离出的微塑料。大多数季节的污染负荷指数（PLI）值均大于1，证实了水体受到污染。健康风险分析表明，通过饮用水和食用鱼类都有可能暴露于微塑料。本研究强调了进行季节性监测、改进废物管理以及制定缓解策略以应对淡水生态系统中的微塑料污染的必要性。

引言

微塑料（MPs）是指直径小于5毫米的塑料颗粒，已成为一个全球性的问题。它们可以是故意制造的、直径不超过5毫米的塑料颗粒（初级微塑料），也可能是大型塑料制品通过物理、化学和生物作用降解后的产物。这些颗粒现已遍布所有环境介质，包括海洋和大气层。它们在水圈（包括淡水和海洋环境）中的存在对水生生态系统和人类健康构成了严重威胁。这些微塑料通过地表径流、废物排放以及大气沉降等多种途径进入水生生态系统（Madiraju等人，2024年）。

近年来，关于淡水系统中微塑料含量及其影响的研究有所增加，特别是针对为许多城市和农村人口提供水源的水库。这些部分人工形成的水体由于大坝拦截河流而形成，通常具有较长的水力滞留时间和较深的水层，因此成为微塑料的有效聚集场所（Liu等人，2024年）。由于这些水库是主要的饮用水来源，微塑料在这些水库中的积累直接关系到饮用水的安全和质量（Duong等人，2025年）。多项研究表明，传统的净水工艺在去除微塑料方面效率较低，导致微塑料通过日常饮水进入人体（Romphophak等人，2024年）。

自2015年首次报告指出水库中的微塑料风险以来（Zhang等人，2015年），各国开展了大量研究（见表S1），加深了对水中、沉积物和生物群落中微塑料分布的理解。然而，在印度进行的大多数研究集中在淡水系统（如河流和湖泊）上，针对水库的微塑料污染研究相对较少（约5%）（Singh等人，2024年）。缺乏涵盖多种环境因素的综合性研究，导致对特定地区的污染模式和风险分析存在不确定性。此外，在以季风为主的地区（如印度），季节性因素在微塑料分布中起着重要作用：在季风季节，地表径流和集水区的流入会增加地表水中的微塑料含量；而在旱季，微塑料则倾向于沉积在较深的水层和底泥中。目前关于印度淡水水库中微塑料含量季节性变化的研究还不够充分。

淡水水库中的多种营养级生物都受到微塑料污染的影响。微塑料不仅存在于水层中，还会在沉积物中积累，改变沉积物组成、破坏底栖生物群落并干扰养分循环（D’Avignon等人，2022年）。水动力扰动可能导致微塑料重新悬浮，从而在水生环境中重新分布（Zhang等人，2023年）。浮游动物和鱼类等水生生物会摄入微塑料，导致肠道堵塞、养分吸收减少、能量消耗增加以及生长和存活能力下降（Khan等人，2022年）。由于微塑料携带重金属、病原体和持久性有机污染物等有害物质，这些物质在食物链中的生物累积和放大作用会威胁更高营养级的生物（包括人类）（Li等人，2023年）。已在人类血液、胎盘和粪便中检测到微塑料，其与炎症、氧化应激、免疫功能障碍和潜在的基因损伤有关（Balali等人，2024年）。鉴于这些风险，水生系统中的微塑料构成了紧迫的环境和公共卫生问题，需要紧急研究和应对措施。持续监测对于了解微塑料的来源、分布和影响至关重要。可靠的数据可以为制定有效政策、提高公众意识和指导废物管理策略提供依据。同时，还需要建立针对微塑料的监测、规划和评估框架。水中微塑料的采样方法多种多样，常见的技术包括桶采样、网采样（如曼塔网、邦戈网和浮游生物网）和泵采样。方法之间的差异可能导致结果不一致，因此需要标准化和特定于样本类型的方法（Razeghi等人，2021年）。

本研究的假设是：微塑料在淡水水库的不同环境介质中的分布并不均匀，其中沉积物是主要积聚场所，而不同垂直生态位的鱼类则具有不同的暴露和积累模式。研究还假设季节性水动力因素影响微塑料的传输和分布，以及它们与其他共存污染物（尤其是重金属）的相互作用可能会增加生态危害。为此，本研究旨在实现以下目标：（i）确定不同季节地表水、沉积物和鱼类中微塑料浓度和性质的时空分布，以了解自然和人类活动对其含量的影响；（ii）评估鱼类摄食行为、栖息范围与微塑料摄入/积累模式之间的关系，从而了解营养级暴露的来源；（iii）探讨微塑料与环境中重金属之间的关联，以了解污染相互作用及其可能的生态危害；（iv）利用污染负荷指数（PLI）和聚合物危险性指数（PHI）等指标，评估微塑料的生态和潜在健康风险，从而将环境污染与饮用水和人类健康的潜在问题联系起来。

研究区域

该研究区域为位于印度贾坎德邦兰契区的奥尔马尼亚吉的人工水库Getalsud。其地理位置介于北纬23°27’24’’至23°45’66’’、东经85°33’19’’至85°55’52’’之间（图1），在该地区的生态系统和经济中发挥着重要作用。该水库建于1971年，主要目的是为兰契地区的居民提供可靠的饮用水。它坐落于印度东部的重要河流系统之一Subarnarekha河上。

水样中的微塑料含量

采用桶采样法和曼塔网拖网法在水库中采集的样本显示，微塑料浓度存在明显差异。例如，使用桶采样法从水库中部采集的样本中微塑料含量为4.89 MP/L，而使用曼塔网在表层水采样得到的含量为0.027 MP/L；从水面下1米深处采集的样本中微塑料含量为0.02 MP/L。造成这种差异的主要原因是……

结论

当前研究表明，研究区域的微塑料污染较为严重，大多数采样点的污染负荷指数（PLI）值大于1。微塑料含量的季节性变化明显，既受自然因素也受人为因素影响。季风季节由于径流和流入量增加，以及季风前期的逐渐沉积过程，导致地表水中的微塑料浓度较高。

作者贡献声明

阿努什丽·帕尔：

方法论、调查、验证、数据可视化、初稿撰写；

苏卡利亚南·查克拉博蒂：

概念构建、审稿与编辑、项目管理和监督。

未引用的参考文献

Gerolin等人，2024年；Li等人，2024年；Liu等人，2024年；Min等人，2023年；Mo等人，2024年；Niu等人，2022年；Patra和Baitharu，2024年；Pojar等人，2024年；Shen等人，2025年

作者贡献声明

阿努什丽·帕尔：

初稿撰写、数据可视化、验证、方法论制定、调查实施；

苏卡利亚南·查克拉博蒂：

审稿与编辑、项目监督、资金筹措、概念构建。

利益冲突声明作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了Anusandhan国家研究基金会（ANRF）（资助编号：CRG/2021/001137）和DST-FIST（资助编号：SR/FST/ET-I/2022/1054）的支持。作者感谢比拉理工学院梅斯拉分校（BIT Mesra CIF）在ICP-OES样品分析方面提供的帮助。